Ramachandran-Grundstück - Ramachandran plot

Ursprüngliche ,ψ-Regionen mit harter Kugel, reduziertem Radius und entspanntem Tau aus Ramachandran, mit aktualisierten Beschriftungen und Achsen
Rückgrat-Diederwinkel φ und ψ (und ω). Alle drei Winkel liegen in der gezeigten Konfiguration bei 180°

In der Biochemie ist ein Ramachandran-Plot (auch bekannt als Rama-Plot , Ramachandran-Diagramm oder [φ,ψ]-Plot ), der ursprünglich 1963 von GN Ramachandran , C. Ramakrishnan und V. Sasisekharan entwickelt wurde , eine Möglichkeit, sich energetisch zu visualisieren erlaubte Regionen für Rückgrat- Diederwinkel ψ gegen φ von Aminosäureresten in der Proteinstruktur . Die Abbildung links veranschaulicht die Definition der Diederwinkel φ und ψ des Rückgrats (von Ramachandran φ und φ' genannt). Der ω-Winkel an der Peptidbindung beträgt normalerweise 180°, da der partielle Doppelbindungscharakter das Peptid planar hält . Die Abbildung oben rechts zeigt die zulässigen ,ψ-Rückgrat-Konformationsregionen aus dem Verfahren von Ramachandran et al. 1963 und 1968 Hartkugel-Berechnungen: voller Radius in durchgezogener Kontur, reduzierter Radius in gestrichelter Form und entspannter Tau-Winkel (N-Cα-C) in gestrichelten Linien. Da Diederwinkelwerte kreisförmig sind und 0° gleich 360° ist, "wickeln" sich die Kanten des Ramachandran-Plots von rechts nach links und von unten nach oben. Der kleine Streifen zulässiger Werte am unteren linken Rand des Diagramms ist beispielsweise eine Fortsetzung des großen Bereichs mit erweiterter Kette oben links.

Ein Ramachandran-Diagramm, das aus menschlichem PCNA erzeugt wurde , einem trimeren DNA-Klemmprotein , das sowohl β-Faltblatt als auch α-Helix enthält ( PDB ID 1AXC). Die roten, braunen und gelben Regionen stellen die bevorzugten, erlaubten und „großzügig erlaubten“ Regionen dar, wie von ProCheck definiert

Verwendet

Ein Ramachandran-Plot kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden. Eine besteht darin, theoretisch zu zeigen, welche Werte oder Konformationen der ψ- und φ-Winkel für einen Aminosäurerest in einem Protein möglich sind (wie oben rechts). Eine zweite besteht darin, die empirische Verteilung von Datenpunkten zu zeigen, die in einer einzelnen Struktur (wie hier rechts) bei der Verwendung zur Strukturvalidierung oder in einer Datenbank mit vielen Strukturen (wie in den unteren 3 Diagrammen links) beobachtet wurden. Beide Fälle werden normalerweise gegen Umrisse für die theoretisch bevorzugten Regionen gezeigt.

Aminosäurepräferenzen

Man könnte erwarten, dass größere Seitenketten zu mehr Restriktionen und folglich zu einem kleineren zulässigen Bereich im Ramachandran-Plot führen würden, aber die Wirkung von Seitenketten ist gering. In der Praxis ist der sichtbare Haupteffekt der der Anwesenheit oder Abwesenheit der Methylengruppe an C&bgr;. Glycin hat nur ein Wasserstoffatom für seine Seitenkette mit einem viel kleineren Van-der-Waals-Radius als die CH 3 , CH 2 oder CH-Gruppe, die die Seitenkette aller anderen Aminosäuren beginnt. Daher ist es am wenigsten eingeschränkt, und dies wird im Ramachandran-Plot für Glycin (siehe Gly-Plot in der Galerie ) deutlich, für den die zulässige Fläche erheblich größer ist. Im Gegensatz dazu zeigt das Ramachandran-Plot für Prolin mit seiner 5-gliedrigen Ringseitenkette, die Cα mit dem Rückgrat N verbindet, eine begrenzte Anzahl möglicher Kombinationen von ψ und φ (siehe Pro-Plot in Galerie ). Der Rest vor Prolin ("Prä-Prolin") hat im Vergleich zum allgemeinen Fall auch begrenzte Kombinationen.

Aktuellere Updates

Das erste Ramachandran-Diagramm wurde unmittelbar nach der Bestimmung der ersten Proteinstruktur mit atomarer Auflösung berechnet ( Myoglobin , 1960), obwohl die Schlussfolgerungen auf der Kleinmolekül-Kristallographie kurzer Peptide beruhten. Heute, viele Jahrzehnte später, gibt es Zehntausende hochauflösender Proteinstrukturen, die durch Röntgenkristallographie bestimmt und in der Protein Data Bank (PDB) hinterlegt sind . Viele Studien haben diese Daten genutzt, um detailliertere und genauere ,ψ-Plots zu erstellen (zB Morris et al. 1992; Kleywegt & Jones 1996; Hooft et al. 1997; Hovmöller et al. 2002; Lovell et al. 2003; Anderson ua 2005. Ting ua 2010).

Die vier Abbildungen unten zeigen die Datenpunkte aus einem großen Satz hochauflösender Strukturen und Konturen für bevorzugte und für zulässige Konformationsregionen für den allgemeinen Fall (alle Aminosäuren außer Gly, Pro und pre-Pro), für Gly und für Pro . Die gebräuchlichsten Regionen sind markiert: α für α-Helix , Lα für linkshändige Helix, β für β-Faltblatt und ppII für Polyprolin II. Eine solche Clusterbildung wird alternativ im ABEGO-System beschrieben, wobei jeder Buchstabe für α (und 3 10 ) Helix, rechtshändige β-Faltblätter (und ausgedehnte Strukturen), linksgängige Helixe, linkshändige Blätter und schließlich nicht-plotierbares cis-Peptid steht Bindungen manchmal mit Prolin gesehen; es wurde bei der Klassifikation von Motiven und in jüngerer Zeit zum Designen von Proteinen verwendet.

Während das Ramachandran-Plot eine Lehrbuchressource zur Erklärung des strukturellen Verhaltens von Peptidbindungen war, wurde erst kürzlich eine umfassende Untersuchung des Verhaltens eines Peptids in jeder Region des Ramachandran-Plots veröffentlicht (Mannige 2017).

Die Molecular Biophysics Unit am Indian Institute of Science feierte 50 Jahre Ramachandran Map mit der Organisation einer Internationalen Konferenz über biomolekulare Formen und Funktionen vom 8. bis 11. Januar 2013.

Zugehörige Konventionen

Man kann auch die Diederwinkel in Polysacchariden auftragen (zB mit CARP ).

Galerie

  • Ramachandran-Plot für den allgemeinen Fall; Daten von Lovell 2003

  • Ramachandran-Plot für Glycine

  • Ramachandran-Plot für Proline

  • Ramachandran-Plot für Prä-Proline

Software

Verweise

Weiterlesen

Externe Links